Material inspirado em lulas controla a transmissão de luz, calor e micro-ondas – Physics World

Inspirados pela mudança de cor da pele da lula, pesquisadores na China projetaram um material que pode alternar entre transparente e opaco à radiação nos comprimentos de onda visíveis, infravermelhos e de micro-ondas. Liderado por Zichuan Xu na Nanyang Technological University, a equipe alcançou o resultado pulverizando um filme de nanofio de prata em uma camada dupla de elastômero especializado.

As lulas são bem conhecidas por sua notável capacidade de mudar as cores e os padrões de sua pele. Na natureza, eles fazem isso para se comunicar uns com os outros e para se camuflar de predadores e presas.

Em algumas espécies de lulas, essas mudanças são controladas por músculos especializados que expandem e contraem a pele – deixando algumas partes esticadas e tensas e outras comprimidas e enrugadas. Isso altera o arranjo de células especializadas que refletem e espalham a luz, e o resultado é uma mudança na cor geral da pele.

Em seu estudo, a equipe de Xu tentou imitar esse comportamento no laboratório usando um material de “elastômero dielétrico acrílico de camada dupla”. Quando esticado, o material é geralmente transparente à luz visível e infravermelha – mas quando comprimido, aparecem rugas que variam os índices de refração de cada bicamada.

Comutação mecânica

Como resultado das rugas, as ondas visíveis e infravermelhas que chegam são refletidas e espalhadas pelo elastômero, em vez de passar por ele. Em outras palavras, o material pode ser alternado mecanicamente entre transmitir e bloquear a luz visível e o calor radiante. No entanto, essa encarnação inicial do material não era boa para bloquear e transmitir micro-ondas porque os comprimentos de onda das micro-ondas são muito mais longos que a luz infravermelha, de modo que as micro-ondas não são afetadas pelas pequenas rugas no material.

Para criar um material que também funcione para micro-ondas, a equipe de Xu pulverizou o elastômero com uma fina camada de nanofios de prata. Quando esticaram o material até o ponto em que começou a rachar, viram que as micro-ondas ainda conseguiam passar direto. Mas como o material foi comprimido e enrugado com uma tensão de -30%, compactando a rede de nanofios, as micro-ondas recebidas foram espalhadas e refletidas de maneira semelhante às ondas visíveis e infravermelhas, que foram bloqueadas pela bicamada de elastômero abaixo.

Imitando a pele de lula para melhorar os cobertores termorreguladores

A capacidade do material de alternar mecanicamente entre transparência e opacidade abrangeu uma ampla janela espectral: cobrindo todo o espectro visível, comprimentos de onda infravermelhos de até 15.5 mícrons e comprimentos de onda de micro-ondas entre 24.2–36.6 mm. Sua estrutura também foi notavelmente resiliente: suportando 500 ciclos de alongamento e compressão, respondendo a essas mudanças mecânicas em menos de 1 s.

O material agora se junta a uma lista crescente de tecnologias inspiradas no mundo natural. A equipe de Xu prevê inúmeras aplicações possíveis em um futuro próximo, incluindo inovações em tecnologias furtivas e de camuflagem. O material também pode ser usado em novos tipos de janelas inteligentes que podem controlar tanto a luz quanto o calor que passam por elas – melhorando assim a eficiência energética dos edifícios.

O elastômero também pode ter vários usos em dispositivos médicos, como eletrocardiógrafos, que usam eletrodos colocados na pele para monitorar a atividade cardíaca dos pacientes. Com o elastômero de camada dupla revestido com nanofios, os sinais do eletrocardiógrafo de um paciente podem ser bloqueados para uso diário, evitando que informações médicas confidenciais vazem, e depois alterados para transparentes quando seus sinais precisam ser monitorados por um médico.

A pesquisa é descrita em ACS Nano.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/squid-inspired-material-controls-the-transmission-of-light-heat-and-microwaves/